Die Erfindung betrifft eine Abtauvorrichtung in einem Kühlaggregat für Absorptionskühlschränke, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, für die periodisch und automatisch erfolgende Abtauung des am Verdampfer des Kühlaggregates sich ansammelnden Frostes.
Hierfür sind bereits mehrere Lösungen bekannt geworden. Sie beruhen jedoch alle auf dem Prinzip, dass aus der Kältemitteldampfleitung, zwischen Kocher und Kondenser, laufend eine kleine Dampfmenge entnommen und in einem Flüssigkeitssammelgefäss kondensiert wird. Das Ansteigen des Flüssigkeitsniveaus im Sammelgefäss löst beim Erreichen einer bestimmten Flüssigkeitsstandhöhe den Abtauvorgang aus, der entweder durch die Zuführung heissen Dampfes zum Verdampfer oder durch die Blockierung des Gasumlaufes bewirkt wird. Während des Abtauvorgangs steigt das Niveau im Flüssigkeitssammler weiter an. Wenn es eine zweite vorbestimmte Höhe erreicht, wird er durch einen Flüssigkeitsheber selbsttätig entleert, wonach sich der ganze Vorgang wiederholt. Dies ist beispielsweise in den Patentschriften CH 350 671 und CH 486 677 ausführlich beschrieben.
Die bisher bekannt gewordenen Abtauvorrichtungen haben einige Nachteile. Diese bestehen darin, dass durch die Entnahme kältemittelreichen Dampfes zur Füllung des Flüssigkeitssammlers dieser für die Kälteerzeugung verlorengeht und dadurch den Energieverbrauch erhöht. Die gleiche Wirkung entsteht durch die meistens übermässige Erwärmung des Verdampfers bei der Heissdampf-Abtauung. Ebenfalls nachteilig ist, dass das Flüssigkeitssammelgefäss, welches wärmeisoliert werden muss, den Raumbedarf der gesamten Kocherkonstruktion nennenswert erhöht und dadurch für den Absorber weniger Raum zur Verfügung steht. Schliesslich wirkt es sich nachteilig aus, dass der zeitliche Abstand und die Dauer der Abtauvorgänge nur äusserst schwer und nicht beliebig festgelegt oder verändert werden kann.
Nachteilig ist zuletzt auch der Umstand, dass der Genauigkeitsanspruch beim Herstellen der Abtauvorrichtungen höher als bei den übrigen Kühlaggregatbestandteilen liegt.
Die vorliegende Erfindung hat neuartige Abtauvorrichtungen zum Gegenstand, bei welchen die genannten Nachteile nicht mehr bestehen. Dies wird durch die in der Kennzeichnung des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht, namentlich dadurch, dass das Flüssigkeitssammelgefäss der Abtauvorrichtung
1. durch einen Teilstrom der armen Lösung oder
2. durch den Flüssigkeitsüberlauf aus dem Gaswärmeaustauscher gefüllt wird.
Diese Lösungen sind aus mehreren Gründen neu.
Einerseits sind bisher keine, oder jedenfalls keine zuverlässig arbeitenden Vorrichtungen bekannt gewesen, welche die Abzweigung eines kleinen Teilstromes von wenigen Kubikzentimetern pro Stunde ermöglicht oder auch nur vorstellbar gemacht hätten. Andererseits herrschte bisher allgemein die Auffassung vor, dass der geringe, etwa einprozentige Anteil am Lösungsmittel, d.h. Wasser, im Kältemittelkondensat, d.h. Ammoniak, spätestens bei den im Gaswärmeaustauscher vorherrschenden höheren Temperaturen in den ebenfals lösungsmittelarmen Gasstrom verdunsten kann.
Bei der genauen Analyse der physikalischen Grundlagen, insbesondere im Falle der allgemein verwendeten Arbeitsmedien Ammoniak, Wasser und Wasserstoff stellte es sich heraus, dass dies nicht zutrifft. Ein Teil des Lösungsmittels im Kältemittelkondensat verlässt den Gaswärmeaustauscher zusammen mit einem Kältemittelanteil, welcher sich aus dem Kältemittelpartialdruck des Gasstromes ergibt, in flüssiger Form. In der Praxis liegt der Massenanteil des Kältemittels in dem Flüssigkeitsgemisch, welcher die Reichgasseite des Gaswärmeaustauschers verlässt, zwischen 35 und 50 Prozent.
Der Lösungsmittelmassenstrom im Kältemittelkondensat wird durch die Parameter: Gesamtdruck, Kondensereintrittstemperatur und Kältemittelmassenstrom bestimmt.
Der Lösungsmittelmassenstrom im Kältemittelkondensat steigt beim Ansteigen der Kondensereintrittstemperatur und des Kältemittelmassenstromes und bei Abnahme des Gesamtdruckes bei gleichbleibender Kondensereintrittstemperatur.
Da die Kondensereintrittstemperatur ein mit konstruktiven Mitteln leicht beeinflussbarer Parameter ist, kann dadurch der für den Abtauvorgang benötigte Flüssigkeitsmassenstrom eingestellt werden.
Das Auffangen der aus dem Gaswärmeaustauscher überlaufenden Flüssigkeit führt selbstverständlich zu keiner Erhöhung des Energieverbrauches.
Die Dauer des Abtauvorganges selbst kann genau vorbestimmt werden durch das weitere Auffüllen des Flüssigkeitssammelgefässes mit Kältemittelkondensat, dessen Massenstrom bekannt ist.
Die Erfindung wird anschliessend, beispielsweise, anhand von Figuren näher erläutert. Da Aufbau und Funktion von Absorptionskühlaggregaten allgemein bekannt sind, werden nur diejenigen Teile näher beschrieben, die mit der Erfindung in direktem Zusammenhang stehen.
Fig. 1 zeigt die schematische Anordnung einer Abtauvorrichtung, bei der dem Flüssigkeitssammelgefäss ein Teilstrom der armen Lösung zugeführt wird.
Fig. 2 zeigt die schematische Anordnung einer Abtauvorrichtung, bei der dem Flüssigkeitssammelgefäss der Flüssigkeitsüberlauf aus dem Gaswärmeaustauscher zugeführt wird.
In Fig. 1 ist das Flüssigkeitssammelgefäss mit 1 bezeichnet. Das Flüssigkeitssammelgefäss 1 wird an seinem oberen Ende vom Anschlussgefäss 2 umschlossen. In das Anschlussgefäss 2 mündet eine Leitung 3, welche diesem vom hier nicht gezeigten Kocher via Flüssigkeitswärmeaustauscher an Kältemittel verarmte, sogenannte arme Lösung zuführt. An einer etwas höher gelegenen Stelle ist das Anschlussgefäss 2 mit dem oberen Ende der Absorberrohrschlange 4 verbunden. Aus der Absorberrohrschlange 4 strömt dem Anschlussgefäss an Kältemittel armes Gas zu. Aus dem Anschlussgefäss 2 fliesst der Absorberrohrschlange 4 arme Lösung zu.
Von oben ragt in das Anschlussgefäss 2 und in das Flüssigkeitssammelgefäss 1 die Gasleitung 5 hinein, welche das arme Gas dem hier nicht gezeigten Gaswärmeaustauscher und Verdampfer zuführt.
Auf die Oberkante des nach oben offenen Flüssigkeitssammelgefässes 1 gestülpt, befindet sich ein kapillar-wirkender Flüssigkeitsheber 6, welcher vorzugsweise aus zweifach haarnadelförmig gebogenem, etwa 1 mm dickem Stahldraht hergestellt ist. Ein solcher Flüssigkeitsheber eignet sich dafür, kleinste Flüssigkeitsmengen, etwa 1 bis 3 cm<3> pro Stunde, aus der am unteren Ende des Anschlussgefässes 2 gestauten armen Lösung 7 in das Flüssigkeitssammelgefäss zu befördern.
Wenn das im Flüssigkeitssammelgefäss 1 stetig steigende Flüssigkeitsniveau die Unterkante der Gasleitung 5 erreicht, blockiert es den Gasumlauf und setzt damit die Kühlung aus. Das Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitssammelgefäss 1 steigt jedoch noch weiter an, bis es die Scheitelhöhe des damit kommunizierenden Flüssigkeitshebers 8 überschreitet, worauf der Flüssigkeitsheber 8 den Flüssigkeitsinhalt des Flüssigkeitssammlers 1 an eine tieferliegende Stelle, beispielsweise in den hier nicht gezeigten unteren Teil der Absorberrohrschlange 4 entleert.
Daraufhin wiederholt sich der ganze Vorgang automatisch. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Abtauvorgängen und die Dauer des Abtauvorganges werden einerseits durch die Fördermenge des kapillar-wirkenden Flüssigkeitshebers 6 und andererseits durch die entsprechenden Teilvolumina des Flüssigkeitssammelgefässes 1 bestimmt.
Die Abtauung des an der Verdampferoberfläche angesammelten Frostes erfolgt einerseits unter Einwirkung der den Verdampfer umgebenden Luft, deren Temperatur über der Gefriertemperatur des Wassers liegt, und andererseits durch das warme Kältemittelkondensat, welches durch den Verdampfer fliesst. Der ganze Vorgang wird ausserdem noch durch den Wärmeeinfall durch die Kühlschrankisolation unterstützt.
In Fig. 2 ist der Flüssigkeitssammler mit 11 bezeichnet. Die Gasleitung 12 verbindet die äussere Passage 13 des Gaswärmeaustauschers 14 mit dem Flüssigkeitssammler 11, in welchen sie hineinragt. Die Gasleitung 12 führt an Kältemittel reiches Gas samt einer kleinen Menge an nicht verdampftem Flüssigkeitsgemisch in den Flüssigkeitssammler 11. Im Flüssigkeitssammler 11 wird das reiche Gas von der begleitenden Flüssigkeit getrennt und durch die Gasleitung 15 dem Lösungsbehälter 18 und von dort dem unteren Ende der Absorberrohrschlange 17 zugeführt.
Durch die Zuführung des nicht verdampften Flüssigkeitsgemischrestes steigt im Flüssigkeitssammler 11 das Flüssigkeitsniveau an. Sobald das Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitssammler 11 die Unterkante der Gasleitung 12 erreicht, wird der Gasumlauf blockiert und die Kühlung unterbrochen.
Solange der Gasumlauf des Kühlaggregates blockiert bleibt, gelangt mangels Verdampfung das gesamte Kältemittelkondensat aus dem Verdampfer in den Flüssigkeitssammler 11 und bewirkt dort ein beschleunigtes Ansteigen des Flüssigkeitsniveaus. Sobald das Flüssigkeitsniveau in dem Flüssigkeitssammler 11 die Scheitelhöhe des damit kommunizierenden Flüssigkeitshebers 16 überschreitet, entleert der Flüssigkeitsheber 16 den gesamten Flüssigkeitsinhalt des Flüssigkeitssammlers 11 an eine tieferliegende Stelle des Kühlaggregates, beispielsweise in das untere Ende der Absorberrohrschlange 17. Danach wiederholt sich der gesamte Vorgang automatisch.
Während der Massenstrom des Kältemittelkondensates, welcher die Dauer des Abtauvorganges zusammen mit dem entsprechenden Teilvolumen des Flüssigkeitssammelgefässes bestimmt, von äusseren Parametern praktisch unabhängig ist, hängt der Massenstrom der unverdampften Flüssigkeit von diversen äusseren Parametern, wie Umgebungstemperatur und Einschaltdauer ab. Dadurch können die Abtauintervalle, insbesondere in Funktion der Umgebungstemperatur, stark variieren. Aufgabe des Konstrukteurs ist es, einen für alle Betriebsbedingungen annehmbaren Kompromiss zu finden.
Dies geschieht bei der Dimensionierung des Flüssigkeitssammlers und des Lösungsmittelabscheiders, welcher sich zwischen dem nicht gezeigten Kocher und Kondensator befindet.
The invention relates to a defrosting device in a cooling unit for absorption refrigerators, according to the preamble of claim 1, for the periodic and automatic defrosting of the frost accumulating on the evaporator of the cooling unit.
Several solutions have already become known for this. However, they are all based on the principle that a small amount of steam is continuously taken from the refrigerant vapor line between the cooker and the condenser and condensed in a liquid collection vessel. The rise in the liquid level in the collecting vessel triggers the defrosting process when a certain liquid level is reached, which is either caused by the supply of hot steam to the evaporator or by blocking the gas circulation. The level in the liquid collector continues to rise during the defrosting process. When it reaches a second predetermined height, it is automatically emptied by a liquid siphon, after which the whole process is repeated. This is described in detail, for example, in the patents CH 350 671 and CH 486 677.
The defrosting devices known so far have some disadvantages. These consist of the fact that the removal of refrigerant-rich vapor to fill the liquid collector means that it is lost for the generation of refrigeration, thereby increasing energy consumption. The same effect arises from the usually excessive heating of the evaporator during hot steam defrosting. Another disadvantage is that the liquid collecting vessel, which has to be thermally insulated, significantly increases the space requirement of the entire cooker construction and therefore less space is available for the absorber. Finally, it has the disadvantage that the time interval and the duration of the defrosting processes are extremely difficult and cannot be determined or changed arbitrarily.
Finally, it is also disadvantageous that the claim to accuracy in the manufacture of the defrosting devices is higher than that of the other cooling unit components.
The present invention relates to novel defrosting devices in which the disadvantages mentioned no longer exist. This is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1, in particular by the fact that the liquid collecting vessel of the defrosting device
1. by a partial flow of the poor solution or
2. is filled by the liquid overflow from the gas heat exchanger.
These solutions are new for several reasons.
On the one hand, no, or at any rate no reliably working, devices have been known which would have made it possible to branch off a small partial flow of a few cubic centimeters per hour or even make it conceivable. On the other hand, the prevailing opinion up to now has been that the small, approximately one percent share of the solvent, i.e. Water, in the refrigerant condensate, i.e. Ammonia, can evaporate at the latest at the higher temperatures prevailing in the gas heat exchanger in the likewise low-solvent gas stream.
When analyzing the basic physical principles, especially in the case of the commonly used working media ammonia, water and hydrogen, it turned out that this is not the case. Part of the solvent in the refrigerant condensate leaves the gas heat exchanger together with a refrigerant component, which results from the refrigerant partial pressure of the gas stream, in liquid form. In practice, the mass fraction of the refrigerant in the liquid mixture, which leaves the rich gas side of the gas heat exchanger, is between 35 and 50 percent.
The solvent mass flow in the refrigerant condensate is determined by the parameters: total pressure, condenser inlet temperature and refrigerant mass flow.
The solvent mass flow in the refrigerant condensate increases when the condenser inlet temperature and the refrigerant mass flow increase and when the total pressure decreases while the condenser inlet temperature remains the same.
Since the condenser inlet temperature is a parameter that can be easily influenced by design means, the liquid mass flow required for the defrosting process can be set.
The collection of the liquid overflowing from the gas heat exchanger naturally does not lead to an increase in energy consumption.
The duration of the defrosting process itself can be precisely predetermined by further filling the liquid collection vessel with refrigerant condensate, the mass flow of which is known.
The invention is subsequently explained, for example, with reference to figures. Since the structure and function of absorption cooling units are generally known, only those parts are described that are directly related to the invention.
Fig. 1 shows the schematic arrangement of a defrosting device in which a partial flow of the poor solution is fed to the liquid collecting vessel.
2 shows the schematic arrangement of a defrosting device in which the liquid overflow from the gas heat exchanger is fed to the liquid collecting vessel.
In Fig. 1, the liquid collection vessel is designated 1. The liquid collecting vessel 1 is enclosed at its upper end by the connecting vessel 2. A line 3 opens into the connection vessel 2, which feeds this so-called poor solution to the refrigerant, which is depleted of refrigerant by the liquid heat exchanger, not shown here. At a somewhat higher point, the connection vessel 2 is connected to the upper end of the absorber tube coil 4. Low gas flows from the absorber tube coil 4 to the connection vessel of refrigerant. The absorber tube coil 4 flows poor solution from the connection vessel 2.
The gas line 5, which feeds the poor gas to the gas heat exchanger and evaporator, not shown here, projects into the connection vessel 2 and into the liquid collection vessel 1.
A capillary-acting liquid siphon 6 is placed on the upper edge of the liquid collecting vessel 1 which is open at the top and which is preferably made from steel wire, approximately 1 mm thick, bent into two hairpins. Such a liquid siphon is suitable for conveying the smallest amounts of liquid, approximately 1 to 3 cm 3 per hour, from the poor solution 7 stowed at the lower end of the connection vessel 2 into the liquid collection vessel.
When the constantly rising liquid level in the liquid collecting vessel 1 reaches the lower edge of the gas line 5, it blocks the gas circulation and thus suspends the cooling. However, the liquid level in the liquid collecting vessel 1 rises further until it exceeds the apex height of the liquid lifter 8 communicating therewith, whereupon the liquid lifter 8 empties the liquid content of the liquid collector 1 to a lower point, for example into the lower part of the absorber tube coil 4, which is not shown here.
The whole process then repeats itself automatically. The time interval between two defrosting processes and the duration of the defrosting process are determined, on the one hand, by the delivery rate of the capillary liquid siphon 6 and, on the other hand, by the corresponding partial volumes of the liquid collecting vessel 1.
The defrosting of the frost accumulated on the evaporator surface takes place on the one hand under the influence of the air surrounding the evaporator, the temperature of which is above the freezing temperature of the water, and on the other hand through the warm refrigerant condensate, which flows through the evaporator. The whole process is also supported by the heat from the refrigerator insulation.
In Fig. 2 the liquid collector is designated 11. The gas line 12 connects the outer passage 13 of the gas heat exchanger 14 to the liquid collector 11, into which it projects. The gas line 12 leads gas rich in refrigerant together with a small amount of unevaporated liquid mixture into the liquid collector 11. In the liquid collector 11, the rich gas is separated from the accompanying liquid and through the gas line 15 to the solution tank 18 and from there the lower end of the absorber tube coil 17 fed.
Due to the supply of the non-evaporated liquid mixture residue, the liquid level rises in the liquid collector 11. As soon as the liquid level in the liquid collector 11 reaches the lower edge of the gas line 12, the gas circulation is blocked and the cooling is interrupted.
As long as the gas circulation of the cooling unit remains blocked, the entire refrigerant condensate gets out of the evaporator into the liquid collector 11 due to lack of evaporation and there causes an accelerated rise in the liquid level. As soon as the liquid level in the liquid collector 11 exceeds the apex height of the liquid siphon 16 communicating therewith, the liquid siphon 16 empties the entire liquid content of the liquid collector 11 to a lower point in the cooling unit, for example into the lower end of the absorber tube coil 17. The entire process is then repeated automatically.
While the mass flow of the refrigerant condensate, which determines the duration of the defrosting process together with the corresponding partial volume of the liquid collection vessel, is practically independent of external parameters, the mass flow of the non-evaporated liquid depends on various external parameters, such as ambient temperature and duty cycle. This means that the defrosting intervals can vary considerably, particularly as a function of the ambient temperature. The designer's job is to find a compromise that is acceptable for all operating conditions.
This takes place in the dimensioning of the liquid collector and the solvent separator, which is located between the boiler and condenser, not shown.